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题名	无线传感交通监控网络系统研究
作者	袁凌云1,2
答辩日期	2008-01-05
文献子类	博士
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	沈阳
导师	朱云龙
关键词	无线传感器网络 交通监控管理 Rfid 数据收集 时间同步
学位名称	博士
其他题名	Study on Wireless Sensing Traffic Monitoring Network System
学位专业	机械电子工程
英文摘要	无线传感器网络是当前在国际上备受关注，且涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等技术，通过多类集成化传感器协作，完成实时监测、感知和采集各种环境对象信息，并通过无线自组网的方式将信息传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。无线通信等技术的发展，拓展了无线传感器网络技术在各个领域中的应用，其中高速公路交通监控则是一新的应用领域。本文在深入研究无线传感器网络技术的基础上，结合我国高速公路交通监控系统的发展现状及其面临的诸多迫切需要解决的问题，提出了基于无线传感器网络的高速公路交通监控管理系统模型、构建方法，并对系统中的数据收集、时间同步等关键技术或问题进行专门的研究，提出了行之有效的算法。主要研究内容包括以下5个方面： 1. 构建了基于无线传感器网络的高速公路交通监控系统模型和框架。针对高速公路交通环境特点以及目前监控系统所存在的种种问题，深入分析了无线传感器网络的特点、技术优势以及可能面临的挑战，提出了基于传感器网络的三层交通监控模型框架。定义和设计了系统的组成及功能；基于系统的固有特点，提出了符合系统要求的网络部署规则和拓扑管理控制方法；搭建了系统软硬件平台，并在此平台上实现了系统的大部分功能。 2. 提出了基于NS2的无线传感交通监控网络仿真模型及系统性能评价方法。传感器网络往往面向某些条件恶劣或不易接近的环境区域，高速公路也属于此类环境，要实地测试网络系统性能非常艰难。因此，网络仿真和实验系统调试是验证其性能优劣的关键方法。依据提出的系统解决方案，建立了无线传感交通监控网络仿真模型。在网络仿真工具NS2现有功能模块基础上，对其进行扩展和修改，添加传感器网络仿真模块和协议，对提出的模型进行了仿真分析和性能评价，并验证了系统的可行性。 3. 提出了一种适合高速公路交通环境的链式数据收集协议。数据收集是无线传感交通监控系统最重要的功能，是实现其后数据处理的基础。由于传感器网络部署呈线性模型、节点铺设密度和传感器网络能量受限，而且高速公路目标经常处于高速运动状态，现有的传感器网络数据收集协议并不能满足其需求，为此，提出了一种新型的链式数据收集协议。该协议针对能量消耗和网络延迟两大因素对网络性能的影响，给出了分层最小化总能量链构造算法，用于动态生成数据收集链，以使得网络生命周期最大化及网络延迟最小化。 4. 提出了基于能量有效的多层分簇时间同步协议。无线传感交通监控网络中，无论是目标的日常监测还是突发性追踪和定位等操作，都需要多传感器节点的共同协作，因此，时间同步协议成为其必不可少的支撑。但现有协议大多仅考虑时间同步精度，忽略了传感器网络能量受限的问题，而且高速公路交通监控环境本身也有其特殊要求，因此，提出了一种能量有效且基于多层分簇技术的传感器网络时间同步协议。该协议不仅采用了多层多跳的分簇技术，且给出了一种能量阈值机制以动态更新簇。协议在保持时间同步精度的同时，能有效地减少能量消耗，在同步精度和能量消耗之间获得一个有效的折衷。 5. 构建了集成化WSID交通监控网络系统。无线传感器网络与RFID技术的集成是未来两大技术发展的必然趋势，尤其RFID的自动识别功能可令交通管理中的目标识别变得简便和准确。因此，本文将RFID技术集成到基于无线传感器网络的高速公路交通监控系统架构中，修改和扩展了该系统的体系架构、节点软硬件结构以及网络协议栈等，并在硬件平台上实现其原型系统。结果表明，该集成和融合不但能有效扩展和完善系统的功能，简化某些复杂性功能操作，而且，推进了两大技术自身的发展。
语种	中文
产权排序	1
公开日期	2010-11-29
页码	135页
分类号	U491
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.72.131.170//handle/173321/273]
专题	沈阳自动化研究所_工业信息学研究室_先进制造技术研究室
作者单位	1.中国科学院沈阳自动化研究所 2.中国科学院研究生院
推荐引用方式 GB/T 7714	袁凌云. 无线传感交通监控网络系统研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2008.

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